基于聚类分析的河北省自然灾害区划分

师艺华++田明中++李玉平++张义文

摘要：通过搜集各类灾害研究数据，运用聚类分析方法，对河北省进行自然灾害分区。结果显示，河北省自然灾害共分为六个区，即燕山山地丘陵灾害区（Ⅰ区），冀北山地盆地、坝上高原灾害区（Ⅱ区），滨海平原灾害区（Ⅲ区），太行山山麓北部平原灾害区（Ⅳ区），燕山山麓平原灾害区（Ⅴ区），太行山山麓南部平原灾害区（Ⅵ区）。在此基础上，针对不同区域的灾情特点提出相应的防灾减灾建议，以期积极防灾，最大限度降低灾后损失。

关键词：聚类分析；相关分析；自然灾害分区；建议；河北省

中图分类号：S11+7；X43 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2014）13-3030-04

Clustering Analysis of Natural Disasters Distributions in Hebei Province

SHI Yi-hua1，TIAN Ming-zhong1，Li Yu-ping2，ZHANG Yi-wen3

（1. School of Earth Sciences and Resources， China University of Geosciences， Beijing 100083，China；

2. Department of Geography， Xingtai Institute， Xingtai 054001， Hebei，China；

3. College of Resources and Environment Sciences， Hebei Normal University， Shijiazhuang 050016， China）

Abstract： Because natural Disasters in Hebei province occur frequently， strengthening the prevention and controlling of natural disasters is an the important task to reduce disaster losses. All kinds of data of disaster studies were collected. Cluster analysis was used to divide natural disasters in Hebei province into six zones. Results showed that the six zones were ⅠYanshan hilly disaster area， Ⅱ Mountain， Basin and Dam plateau in north Hebei disaster area， Ⅲ coastal plain disaster area， Ⅳ Taihang piedmont plains of northern disaster area， Ⅴ Yanshan piedmont plain disaster area， Ⅵ southern Taihang piedmont plain disaster area. For each individual zone， its corresponding proposals and disaster-prevention-reduction measures were proposed to take active precautions against natural calamities， and to minimize reduce losses after a disaster.

Key words： clustering analysis； correlation analysis； natural calamity distribution； Hebei province

通常把“对人类社会系统引起的破坏，并且造成损失的事件或过程”称之为自然灾害。中国自然灾害频发，而河北省是自然灾害严重的省份之一。河北省自然灾害的特点是种类多样、发生频次高、地域分布广、造成损失严重等。已发生过的地震、旱灾、涝灾等自然灾害都给河北人民的生命财产带来了巨大损失，给人民的生产和生活造成巨大影响。因此，研究河北省自然灾害的分布与发生规律，并对各种自然灾害进行分区，对河北不同区域进行防灾减灾具有重要意义[1，2]。

1 研究区域概况

河北省是一个面积辽阔、地形多样、人口众多、资源丰富的大省。因为各种地理环境复杂，并且潜伏着各种复杂多样的致灾因素，因此各种自然灾害较多并有同时发生的可能。河北省属多灾省份之一，仅2010年一年，该省局部地区先后遭受相当严重的低温、冰冻、滑坡泥石流、病虫害等自然灾害。全省累计有24.716万hm2农作物绝收，因灾造成的直接经济损失达90.5亿元人民币，成为河北省经济发展的直接障碍。但是因为致灾环境不同和致灾强度不同，使得各个区域内呈现出不同的自然灾害特点。对自然灾害系统进行分析，正确认识各地域内不同自然灾害的发生、发展和演化规律，可以积极主动应对灾情，尽量减少损失[3-5]。

2 研究方法

通过实地考察、查阅相关文献，搜集并统计数据资料[6]，采用聚类分析方法[7-9]对研究区进行分析研究。

聚类分析是研究多要素事物分类问题的一种数量方法。对河北省11个地市级行政区常见的自然灾害进行量化处理，并对每个样本赋予特征值，运用数学方法依照其相关程度，对样本进行划分归类。

由于在地理分类和分区研究中，被聚类的对象常常是由多个要素构成的。统计要素不同导致单位不一致且差异较大，因此，首先要进行数据处理。通过计算分类对象之间的距离或相关系数，并依据距离或相关系数的矩阵结构进行聚类。

运用直接聚类方法，将各个分类对象依次作相关数据分析，根据相似系数最大的原则，选出一对分类对象，组成新的分类。

具体方法如下：

1）采用极差标准化对原始数据进行处理。原始数据的极差标准化公式如下：

2）计算各区之间的距离系数或相似系数。采用相似系数中的相关系数，得出各区之间的相关系数矩阵。

3）归类合并。如果一对分类对象其中一个分类对象已归为一类，则把另一个也归入该类；如果另外一对分类对象恰巧已经属于已归的两类，则把这两类合并划分为一类。每一次归类合并，都划去该对象所在的列与列序相同的行。以此类推，经过m-1次就能将全部分类对象划分为一个大类，从而根据归类合并的先后次序，作出聚类谱系图。

3 河北省自然灾害分区结果

表1为河北省各地市多年各个灾害要素分布状况，其中暴雨洪涝日数以降水量≥50 mm雨日为评价标准，地震强度以历史记录最高震级为标准[10]，滑坡密度为平均每年各地市平均每县（市、区）发生的滑坡次数，水土流失程度按照轻、中、强、极强、剧烈分别赋予2、4、6、8、10分[11]。将表1中的数据进行处理，通过计算相关系数得出相关系数矩阵如表2。 按照直接聚类方法得出聚类谱系图如图1。根据聚类结果可以将河北省划分为六个灾害区：Ⅰ区为以承德为主的燕山山地丘陵灾害区；Ⅱ区为以张家口为主的冀北山地盆地、坝上高原灾害区；Ⅲ区为以秦皇岛、唐山为主的滨海平原灾害区；Ⅳ区为以保定、石家庄为主的太行山山麓北部平原灾害区；Ⅴ区为以廊坊、沧州为主的燕山山麓平原灾害区；Ⅵ区为以衡水、邢台、邯郸为主的太行山山麓南部平原灾害区（图2）。

4 各灾害区的特点及防灾减灾建议

河北省面积辽阔，每个区域在地理环境上各具特色，并且潜伏着各种复杂多样的致灾因素，加之各个区域的经济发展水平不同，使得各个区域灾害防控与减灾工作的侧重点各不相同[12]。

4.1 燕山山地丘陵灾害区

燕山山地丘陵灾害区主要包括承德地区。该区地处燕山地区，主要以山地、丘陵地貌为主。主要有洪涝、滑坡、泥石流、水土流失、霜冻等自然灾害。由于燕山山地丘陵地区是河北省的多雨中心，年降水量为600～800 mm，且多以暴雨形式出现，在山高坡陡、植被较差地区，灾害强度也较大；并且因受极地大陆气团南下影响，晚秋作物常因大风寒潮危害影响而遭受损失，而且此区易发生春旱。

针对该区特点，应当坚持做好封山育林、育草、育灌工作。加强小流域综合治理，依照各县的土地利用情况，建设水土保持林、水源涵养林、薪炭林、山地草坡和经济林等，宏观规划各种植被带。同时也要做好计划生育工作，减少人口数量，提高人口素质，要从根本上改变此区光山、恶水、人穷的面貌。

4.2 冀北山地盆地、坝上高原灾害区

冀北山地盆地、坝上高原灾害区主要位于张家口市。坝上高原区位于河北最北部，由于地理纬度偏北，海拔较高，且地表植被破坏严重，在春、秋、冬 三季，干冷的极地大陆气团南移，寒潮、大风、霜冻成为此区主要的气候灾害；夏季，东南暖湿气流受到山脉地形阻挡，难以到达此区，因此降水稀少，年降水量只有250～500 mm，年蒸发量却高达1 300～2 100 mm，干旱为全区的主要气候特征。此外，霜冻、风沙、冰雹亦为此区常见的自然灾害。

冀北山地盆地自然灾害主要有干旱、大风、水土流失、滑坡、泥石流、霜冻等，原因在于冬季西北干冷气流流经坝上高原，沿途多大风寒潮，夏季受山地背风坡地形影响，降水稀少、干旱显著，暴雨偶发。而且由于受万全断裂带的影响，此区地震也具有潜在发生的可能。

为应对该区自然灾害，应当积极营造防护林带，抓好防风固沙工作，合理扩大人工草场建设面积；大力推广旱作技术，有目的、有计划地实施农、牧并举政策；在山地地区，应当合理保护植被，做好退耕还林、还草工作，营造经济林，在经济发展基础上做好生态保护工作。

4.3 滨海平原灾害区

秦皇岛、唐山位于滨海平原地区，属于环渤海地区，平均海拔不足5 m，主要灾害有大风、土壤盐碱化。由于沿海地区气候湿润，一些多雨年份经常发生洪涝灾害；唐山位于京津唐地震带，地处燕山山前深大断裂带上，1976年唐山7.8级大地震曾经给唐山人民带来深重灾难。

为预防灾害，此区应当加强农田防护林建设，合理开采地下水，应有效地预防海水倒灌；改良灌溉技术，采用喷灌、滴灌等，防止土壤盐碱化，节约水源。我国已经加强了对地震灾害的预测预报工作，依据国家对地震多发区地震强度区划，测绘各个区域等震线图，提高新建筑物防震等级，加固改造旧建筑，主动采取措施尽力减少人员伤亡及财产损失；另外要做好防震减害宣传，努力提高人们自救意识及自我保护能力。

4.4 太行山山麓北部平原灾害区

该区主要包括保定和石家庄，北与冀北山地盆地、坝上高原灾害区相接。主要自然灾害有洪涝、干旱、低温连阴雨、水土流失等。由于太行山山体多为变质岩，区内石灰岩广布，且分布较广，地形较陡，土层较薄，加之区内人口数量多、密度大，植被破坏情况较为严重，导致暴雨洪涝、水土流失或者干旱少雨等自然灾害频发，导致生态环境极其脆弱。

此区应做好水利工程建设工作，健全排水设施，积极应对干旱、洪涝灾害；此外应增加绿化面积，提高植被覆盖率，防止水土流失，净化空气，提高环境质量，从而保持生态平衡，实现科学发展。

4.5 燕山山麓平原灾害区

廊坊、沧州属于燕山山麓地区，主要以平原地形为主，多洪涝、大风天气，此外燕山山麓地区多干热风、低温冻害等自然灾害。这主要因为此区位于或接近燕山山麓，受山地地形影响，初夏多干热风，初春和秋末常受寒潮冷锋侵袭。由于廊坊、沧州地区以平原为主，距海较近，土地盐碱化、次生盐碱化也较为严重。

此区应当加强农田防护林建设，采用排灌结合技术，合理利用地下水资源，增加灌溉面积，积极改造中低产田，同时也要加强水利设施建设，提高抗洪防旱能力。

4.6 太行山山麓南部平原灾害区

该灾害区位于太行山山麓南部，包括衡水、邢台、邯郸，主要以平原地形为主。自然灾害有干旱、洪涝、干热风、连阴雨、冰雹、地震等。由于太行山山前存在深大断裂带，因此此区极易引起断裂带活动而诱发生地震；该区降水的季节变化、年际变化较大，而且地下水超采严重，因此经常发生旱涝灾害，其中春旱是威胁农作物生长的最大灾害之一；由于干旱缺水，此区还经常发生作物病虫害。

因此，应对气象灾情应当做好预报工作，提高灌溉技术，节约水源；此区还应当提高建筑物防震等级，预防地震危害；同时还应当加强生物病虫害的预测、预报工作，推广生物病虫害防治技术，减少农业损失[13]。

5 小结

根据每个区域自然灾害类型及灾害强度，以行政区为单位进行自然灾害分区，实现自然灾害区域化，对加强区内自然灾害的防治工作具有重要意义。通过自然灾害分区，可以全面反映河北省自然灾害分布情况。每个区域灾害类型不同，根据不同地区灾情具体情况，采取不同防治对策，从而制定相应的防灾、减灾规划，保证各项措施有效进行。

本研究通过对河北省11个地市级行政区的干旱、暴雨、地震、滑坡、大风、水土流失等常见自然灾害进行量化分析，并运用聚类分析方法，将河北省划分为6个自然灾害区。随着对区内灾害研究的深入，更多的影响因子及变量会丰富到灾害分区研究当中，从而使聚类分析结果更加科学合理。

参考文献：

[1] 张路路，张悦国，刘瑞卿，等.河北省粮食单产区域差异特征演变格局及动因分析[J].水土保持研究，2011，18（2）：192-197.

[2] 杨彬云，吴荣军，郑有飞，等.河北省农业旱灾脆弱性评价[J].安徽农业科学，2008，36（15）：6499-6502.

[3] 张荣富.系统科学在灾害研究中的应用[J].灾害学，1990，5（1）：88-96.

[4] 齐雷杰.河北省下拨救灾棉衣被和救灾款助受灾群众御寒[EB/OL].http：//www.gov.cn/jrzg/2010-12/08/content_1761533.htm，2010-12-08.

[5] 延平军.灾害地理学[M].西安：陕西师范大学出版社，1989.

[6] 西北师范大学地理系.中国自然地理图集[M].中国地图出版社，2007.

[7] 徐建华.计量地理学[M].北京：高等教育出版社，2008.

[8] 张 超，杨秉赓.计量地理学基础[M].北京：高等教育出版社.2008.

[9] 高 燚，蒙小亮，劳小青.基于聚类分析的海南岛雷电灾害易损度风险区划[J].自然灾害学报，2013，22（1）：175-182.

[10] 王 芳，陈 浩，王 瑛，等.面向地震灾害的河北省救灾物资储备库选址研究[J].自然灾害学报，2013，22（2）：29-35.

[11] 王汝正， 王正新.模糊聚类分析在区域自然灾害区划的应用——以四川省为例[J].灾害学，1993，8（1）：6-12.

[12] 魏瑞江，张文宗，陈道红，等.异常气候下极端天气事件对河北省农业的影响[J].干旱区资源与环境，2007，21（11）：35-38.

[13] 闫 峰，王艳姣，武建军.基于Ts-EVI特征空间的春旱遥感监测——以河北省为例[J].干旱区地理，2009，32（5）：769-775.

4.6 太行山山麓南部平原灾害区

该灾害区位于太行山山麓南部，包括衡水、邢台、邯郸，主要以平原地形为主。自然灾害有干旱、洪涝、干热风、连阴雨、冰雹、地震等。由于太行山山前存在深大断裂带，因此此区极易引起断裂带活动而诱发生地震；该区降水的季节变化、年际变化较大，而且地下水超采严重，因此经常发生旱涝灾害，其中春旱是威胁农作物生长的最大灾害之一；由于干旱缺水，此区还经常发生作物病虫害。

因此，应对气象灾情应当做好预报工作，提高灌溉技术，节约水源；此区还应当提高建筑物防震等级，预防地震危害；同时还应当加强生物病虫害的预测、预报工作，推广生物病虫害防治技术，减少农业损失[13]。

5 小结

根据每个区域自然灾害类型及灾害强度，以行政区为单位进行自然灾害分区，实现自然灾害区域化，对加强区内自然灾害的防治工作具有重要意义。通过自然灾害分区，可以全面反映河北省自然灾害分布情况。每个区域灾害类型不同，根据不同地区灾情具体情况，采取不同防治对策，从而制定相应的防灾、减灾规划，保证各项措施有效进行。

本研究通过对河北省11个地市级行政区的干旱、暴雨、地震、滑坡、大风、水土流失等常见自然灾害进行量化分析，并运用聚类分析方法，将河北省划分为6个自然灾害区。随着对区内灾害研究的深入，更多的影响因子及变量会丰富到灾害分区研究当中，从而使聚类分析结果更加科学合理。

参考文献：

[1] 张路路，张悦国，刘瑞卿，等.河北省粮食单产区域差异特征演变格局及动因分析[J].水土保持研究，2011，18（2）：192-197.

[2] 杨彬云，吴荣军，郑有飞，等.河北省农业旱灾脆弱性评价[J].安徽农业科学，2008，36（15）：6499-6502.

[3] 张荣富.系统科学在灾害研究中的应用[J].灾害学，1990，5（1）：88-96.

[4] 齐雷杰.河北省下拨救灾棉衣被和救灾款助受灾群众御寒[EB/OL].http：//www.gov.cn/jrzg/2010-12/08/content_1761533.htm，2010-12-08.

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[10] 王 芳，陈 浩，王 瑛，等.面向地震灾害的河北省救灾物资储备库选址研究[J].自然灾害学报，2013，22（2）：29-35.

[11] 王汝正， 王正新.模糊聚类分析在区域自然灾害区划的应用——以四川省为例[J].灾害学，1993，8（1）：6-12.

[12] 魏瑞江，张文宗，陈道红，等.异常气候下极端天气事件对河北省农业的影响[J].干旱区资源与环境，2007，21（11）：35-38.

[13] 闫 峰，王艳姣，武建军.基于Ts-EVI特征空间的春旱遥感监测——以河北省为例[J].干旱区地理，2009，32（5）：769-775.

4.6 太行山山麓南部平原灾害区

该灾害区位于太行山山麓南部，包括衡水、邢台、邯郸，主要以平原地形为主。自然灾害有干旱、洪涝、干热风、连阴雨、冰雹、地震等。由于太行山山前存在深大断裂带，因此此区极易引起断裂带活动而诱发生地震；该区降水的季节变化、年际变化较大，而且地下水超采严重，因此经常发生旱涝灾害，其中春旱是威胁农作物生长的最大灾害之一；由于干旱缺水，此区还经常发生作物病虫害。

因此，应对气象灾情应当做好预报工作，提高灌溉技术，节约水源；此区还应当提高建筑物防震等级，预防地震危害；同时还应当加强生物病虫害的预测、预报工作，推广生物病虫害防治技术，减少农业损失[13]。

5 小结

根据每个区域自然灾害类型及灾害强度，以行政区为单位进行自然灾害分区，实现自然灾害区域化，对加强区内自然灾害的防治工作具有重要意义。通过自然灾害分区，可以全面反映河北省自然灾害分布情况。每个区域灾害类型不同，根据不同地区灾情具体情况，采取不同防治对策，从而制定相应的防灾、减灾规划，保证各项措施有效进行。

本研究通过对河北省11个地市级行政区的干旱、暴雨、地震、滑坡、大风、水土流失等常见自然灾害进行量化分析，并运用聚类分析方法，将河北省划分为6个自然灾害区。随着对区内灾害研究的深入，更多的影响因子及变量会丰富到灾害分区研究当中，从而使聚类分析结果更加科学合理。

参考文献：

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[3] 张荣富.系统科学在灾害研究中的应用[J].灾害学，1990，5（1）：88-96.

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[5] 延平军.灾害地理学[M].西安：陕西师范大学出版社，1989.

[6] 西北师范大学地理系.中国自然地理图集[M].中国地图出版社，2007.

[7] 徐建华.计量地理学[M].北京：高等教育出版社，2008.

[8] 张 超，杨秉赓.计量地理学基础[M].北京：高等教育出版社.2008.

[9] 高 燚，蒙小亮，劳小青.基于聚类分析的海南岛雷电灾害易损度风险区划[J].自然灾害学报，2013，22（1）：175-182.

[10] 王 芳，陈 浩，王 瑛，等.面向地震灾害的河北省救灾物资储备库选址研究[J].自然灾害学报，2013，22（2）：29-35.

[11] 王汝正， 王正新.模糊聚类分析在区域自然灾害区划的应用——以四川省为例[J].灾害学，1993，8（1）：6-12.

[12] 魏瑞江，张文宗，陈道红，等.异常气候下极端天气事件对河北省农业的影响[J].干旱区资源与环境，2007，21（11）：35-38.

[13] 闫 峰，王艳姣，武建军.基于Ts-EVI特征空间的春旱遥感监测——以河北省为例[J].干旱区地理，2009，32（5）：769-775.